模數(shù)轉(zhuǎn)換教程教材

第9章模數(shù)轉(zhuǎn)換器

9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器

9.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用STC12C5A60S2單片機(jī)集成有8路10位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），速度可達(dá)到250KHz（25萬次/秒，可做溫度檢測、壓力檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)寄存器

STC12C5A60S2單片機(jī)片內(nèi)集成8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。ADC輸入通道與P1口復(fù)用，上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。9.1.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)STC12C5A60S2單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器由多路選擇開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位ADC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（ADC_RES和ADC_RESL）以及ADC控制寄存器ADC_CONTR構(gòu)成。9.1.2參考電壓源

STC12C5A60S2單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓源是輸入工作電壓Vcc，所以一般不用外接參考電壓源。如三端穩(wěn)壓電路7805的輸出電壓是5V，但實際電壓可能是4.88V到4.96V，如果用戶需要的精度比較高，可在應(yīng)用產(chǎn)品出廠前將實際測出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM里面，以供程序校正使用。如果Vcc不穩(wěn)定（例如電池供電的系統(tǒng)中，電池電壓常常在5.3V-4.2V之間漂移），則需要在8路A/D轉(zhuǎn)換的一個通道外接一個穩(wěn)定的參考電壓源，來計算出此時的工作電壓Vcc，再計算出其他幾路A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓。例如，可在ADC轉(zhuǎn)換通道的第七通道外接一個1.25V的基準(zhǔn)參考電壓源，由此求出此時的工作電壓Vcc，再計算出其它幾路A/D轉(zhuǎn)換通道的電壓。9.1.3與ADC有關(guān)的特殊功能寄存器

1．P1口模擬功能控制寄存器P1ASF（地址為9DH，復(fù)位值為00H）2．ADC控制寄存器ADC_CONTR（地址為BCH，復(fù)位值為00H）CHS0CHS1CHS2ADC_STARTADC_FLAGSPEED0SPEED1ADC_POWER位名稱D0D1D2D3D4D5D6D7位號1）ADC_POWER：ADC電源控制位。

0：關(guān)閉ADC電源。1：打開ADC電源。

2）SPEED1、SPEED0：ADC轉(zhuǎn)換速度控制位。各種設(shè)置如表9-1所示。3）ADC_FLAG：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位。A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，要由軟件清0。不管A/D轉(zhuǎn)換完成后由該位申請產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢該標(biāo)志位判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，一定要軟件清0。4）ADC_START：A/D轉(zhuǎn)換啟動控制位，ADC_START=1，開始轉(zhuǎn)換；ADC_START=0，停止轉(zhuǎn)換。5）CHS2、CHS1、CHS0：模擬輸入通道選擇，如表9-2所示。P10ASFP11ASFP12ASFP13ASFP14ASFP15ASFP16ASFP17ASF位名稱D0D1D2D3D4D5D6D7位號如果要使用相應(yīng)口的模擬功能，需將P1ASF特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為‘1’。如，若要使用P1.6的模擬量功能，則需要將P16ASF設(shè)置為1。（注意，P1ASF寄存器不能位尋址，可以使用匯編語言指令ORLP1ASF,#40H，也可以使用C語言語句P1ASF|=0x40;）3．A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES（地址為BDH，復(fù)位值為00H）和ADC_RESL（地址為BEH，復(fù)位值為00H）用于保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲格式由輔助寄存器AUXR1（地址為A2H，復(fù)位值為00H）中的ADRJ控制，ADRJ是AUXR1中的D2位。（1）當(dāng)ADRJ=0時，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在ADC_RESL寄存器。存儲格式如下：ADRJ=0AUXR1ADC_RES0ADC_RES1ADC_RESLADC_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D73．A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL（2）當(dāng)ADRJ=1時，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位，低8位放在ADC_RESL寄存器。存儲格式如下：ADRJ=1AUXR1ADC_RES0ADC_RES1ADC_RES2ADC_RES3ADC_RES4ADC_RES5ADC_RES6ADC_RES7ADC_RESLADC_RES8ADC_RES9ADC_RESD0D1D2D3D4D5D6D7模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果計算公式如下：ADRJ=0時，取10位結(jié)果(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024×Vin/VccADRJ=0時，取8位結(jié)果ADC_RES[7:0]=256×Vin/VccADRJ=1時，取10位結(jié)果(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024×Vin/VccVin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機(jī)實際工作電壓，用單片機(jī)工作電壓作為模擬參考電壓。

4．與A/D轉(zhuǎn)換中斷有關(guān)的寄存器中斷允許控制寄存器IE中的EADC位（D5位）用于開放ADC中斷，EA位（D7位）用于開放CPU中斷；中斷優(yōu)先級寄存器IP中的PADC位（D5位）和IPH中的PADCH位（D5位）用于設(shè)置A/D中斷的優(yōu)先級。在中斷服務(wù)程序中，要使用軟件將A/D中斷標(biāo)志位ADC_FLAG（也是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位）清0。9.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用STC12C5A60S2單片機(jī)ADC模塊的使用編程要點如下：1）打開ADC電源，第一次使用時要打開內(nèi)部模擬電源（設(shè)置ADC_CONTR）。2）適當(dāng)延時，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定。一般延時1ms以內(nèi)即可。3）設(shè)置P1口中的相應(yīng)口線作為A/D轉(zhuǎn)換通道（設(shè)置P1ASF寄存器）。4）選擇ADC通道（設(shè)置ADC_CONTR中的CHS2~CHS0）。5）根據(jù)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲格式（設(shè)置AUXR1中的ADRJ位）。6）查詢A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志ADC_FLAG，判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成，若完成，則讀出結(jié)果（結(jié)果保存在ADC_RES和ADC_RESL寄存器中），并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果是多通道模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則更換A/D轉(zhuǎn)換通道后要適當(dāng)延時，使輸入電壓穩(wěn)定，延時量取20μs～200μs即可，與輸入電壓源的內(nèi)阻有關(guān)，如果輸入電壓信號源的內(nèi)阻在10K

以下，可不加延時；如果是單通道模擬量轉(zhuǎn)換，則不需要更換A/D轉(zhuǎn)換通道，也就不需要加延時。8）若采用中斷方式，還需進(jìn)行中斷設(shè)置（EADC置1，EA置1）。9）在中斷服務(wù)程序中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將ADC中斷請求標(biāo)志ADC_FLAG清零?！纠?-1】編程實現(xiàn)利用STC12C5A60S2單片機(jī)ADC通道2采集外部模擬電壓信號，8位精度，采用查詢方式循環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存于30H單元中。假設(shè)時鐘頻率為18.432MHz。解：取8位精度時，可設(shè)置ADRJ=0，直接使用轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES的值。由于復(fù)位后，ADRJ=0，因此，按照ADC的編程要點進(jìn)行初始化后，直接判斷ADC_FLAG標(biāo)志是否為1，若為1，則讀出ADC_RES寄存器的值，并存入30H即可；若為0，則繼續(xù)等待。匯編語言程序代碼如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件ADC_DATEQU30H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

ORG0000HLJMPMAINORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;設(shè)置堆棧

ORLADC_CONTR,#80H;開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次使用時要打開內(nèi)部模擬電源

MOVA,#20HLCALLDELAY;開A/D轉(zhuǎn)換電源后要加適當(dāng)延時，1ms以內(nèi)即可MOV P1ASF,#04H ;設(shè)置P1.2的模擬量功能

MOVADC_CONTR,#11100010B;選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道

MOVA,#05HLCALLDELAY;如果切換A/D轉(zhuǎn)換通道,則需要加延時WAIT_AD:ORLADC_CONTR,#00001000B;啟動A/D轉(zhuǎn)換

MOVA,#00010000B;判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成

ANLA,ADC_CONTRJZWAIT_AD;A/D轉(zhuǎn)換尚未完成,繼續(xù)等待

ANLADC_CONTR,#11100111B;將ADC_FLAG清零

MOVA,ADC_RES;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOVADC_DAT,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

LJMPWAIT_AD;等待下一次轉(zhuǎn)換完成DELAY:;延時子程序

PUSH02;將寄存器組0的R2入棧

PUSH03;將寄存器組0的R3入棧

PUSH04;將寄存器組0的R4入棧

MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循環(huán)延時200406個時鐘周期

MOVR3,#200;2個時鐘周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循環(huán)延時1002個時鐘周期

MOVR2,#249;2個時鐘周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4個時鐘周期

DJNZR3,DELAY_LOOP1;4個時鐘周期

DJNZR4,DELAY_LOOP0;4個時鐘周期

POP04POP03POP02RETENDC語言程序代碼如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件unsignedchardataadc_dat_at_0x30;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量voidmain(void){unsignedlongi;unsignedcharstatus;ADC_CONTR|=0x80;//開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次使用時要打開內(nèi)部模擬電源for(i=0;i<10000;i++);//適當(dāng)延時P1ASF=0x04;//選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道ADC_CONTR=0xE2;for(i=0;i<10000;i++);//適當(dāng)延時while(1)//循環(huán)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換{ADC_CONTR|=0x08;//重新啟動A/D轉(zhuǎn)換status=0;

while(status==0)//等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束{status=ADC_CONTR&0x10;}ADC_CONTR&=0xE7;//將ADC_FLAG清零

adc_dat=ADC_RES;//保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

}}【例9-2】編程實現(xiàn)利用STC12C5A60S2單片機(jī)ADC通道2采集外部模擬電壓信號，10位精度，采用中斷方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存于30H和31H單元中。假設(shè)時鐘頻率為18.432MHz。解：按照編程要點進(jìn)行初始化時，可設(shè)置ADRJ=1。在中斷服務(wù)程序中讀出ADC_RES寄存器的值，屏蔽高6位后存入31H單元，讀出ADC_RESL寄存器的值，存入30H單元。匯編語言程序代碼如下：$INCLUDE(STC12C5A.INC);包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件ADC_HIEQU31H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位ADC_LOWEQU30H;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位

ORG0000HLJMPMAINORG 002BHLJMPADC_ISR;ADC中斷服務(wù)程序入口

ORG0050HMAIN:MOVSP,#70H;設(shè)置堆棧

ORLADC_CONTR,#80H;開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次使用時要打開內(nèi)部模擬電源

MOVA,#20HLCALLDELAY;開A/D轉(zhuǎn)換電源后要加適當(dāng)延時，1ms以內(nèi)即可MOVP1ASF,#04H;設(shè)置P1.2的模擬量功能

MOVADC_CONTR,#11100010B;選擇P1.2作為A/D轉(zhuǎn)換通道

MOVA,#05HLCALLDELAY;如果切換A/D轉(zhuǎn)換通道,則需要加延時ORLAUXR1,#04H;設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲格式（ADRJ=1）

ORLADC_CONTR,#00001000B;啟動A/D轉(zhuǎn)換

SETBEADC;EADC=1,開放ADC的中斷控制位SETBEA;開放CPU總中斷

SJMP$;循環(huán)等待中斷ADC_ISR:;ADC中斷服務(wù)程序入口

ANLADC_CONTR,#11100111B;將ADC_FLAG清零

MOVA,ADC_RES;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位

ANLA,#03H;屏蔽高6位

MOVADC_HI,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高2位

MOVA,ADC_RESL;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位

MOVADC_LOW,A;保存A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低8位ORLADC_CONTR,#00001000B;重新啟動A/D轉(zhuǎn)換RETIDELAY:;延時子程序

PUSH02;將寄存器組0的R2入棧

PUSH03;將寄存器組0的R3入棧

PUSH04;將寄存器組0的R4入棧

MOVR4,ADELAY_LOOP0:;DELAY_LOOP0循環(huán)延時200406個時鐘周期

MOVR3,#200;2個時鐘周期Delay_LOOP1:;DELAY_LOOP1循環(huán)延時1002個時鐘周期

MOVR2,#249;2個時鐘周期DELAY_LOOP:DJNZR2,DELAY_LOOP;4個時鐘周期

DJNZR3,DELAY_LOOP1;4個時鐘周期

DJNZR4,DELAY_LOOP0;4個時鐘周期

POP04POP03POP02RETENDC語言程序代碼如下：#include“stc12c5a.h”//包含STC12C5A60S2單片機(jī)寄存器定義文件unsignedchardataadc_hi_at_0x31;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量高2位unsignedchardataadc_low_at_0x30;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變量低8位voidmain(void){unsignedlongi;ADC_CONTR|=0x80;//開A/D轉(zhuǎn)換電源,第一次使用時要打開內(nèi)部模擬電源for(i=0;i<10000;i++);//適當(dāng)延時P1A